第一代Cayenne在2002年亮相後不久，保時捷便決定拓展這個來自黑明根 (Hemmingen) 的全新車系。企圖打造一輛能擁有更出色道路駕駛性能的運動化車款，更名列在保時捷執行董事會的願望清單上，性能介於Cayenne S和Cayenne Turbo之間。現任Cayenne專案經理Oliver Laqua，他曾在1998擔任第一代Cayenne的專案工程師，內部代號為E1。2004年，他被委任設計一款在各方面都具有更優異運動性能的Cayenne，這位年輕的工程師便開始了這個代號"Roadrunner "的專案。Laqua最初考慮的是輕量化的車輛設計。「當時我們計畫透過取消加力箱使車重再減輕 80kg，還考慮為其配備四個賽車桶椅，除了可進一步減輕重量，也能營造更激昂的駕馭感受。」Laqua回憶說。
但這款「Roadrunner」只提供後輪驅動以及十分不實用的桶型座椅提案，最後並未獲得董事會支持。不過工程師們所提出的動力系統卻獲得支持：以一具 V8 自然進氣引擎取代渦輪增壓引擎。
「這個開發專案的重點不只是在動力提升，更要讓車這款車擁有100%保時捷的油門反應。」Laqua表示。通過改良和擴大進氣系統，4.8升引擎的輸出功率上升到405 PS (294 kW)，而當時Cayenne S的輸出功率為385 PS（283 kW）。為了進一步提高靈活性，傳動齒比從3.55:1縮短到4.1:1；有更多擋位的六速Tiptronic S變速箱可提供車主選配。懸吊系統專為GTS進行了調校，更首次以鋼製彈簧懸吊與保時捷主動式懸載調整系統（PASM）搭配，藉此控制避震阻尼系統，在此之前這一設計概念僅用於雙門跑車。
為了第一代Cayenne的底盤系統調校，保時捷諮詢了Walter Röhrl的意見，一位蟬聯兩屆世界拉力賽冠軍的傳奇車手。Walter Röhrl在紐柏林北環賽道和北極圈的冰道上測試了E1原型車。這位四屆Monte Carlo拉力賽冠軍的技術和經驗對全輪驅動系統的調校有著重大影響。當然，Röhrl在第一輛Cayenne GTS的調校工作也留下了他深刻的筆觸。
保時捷循跡管理系統（PTM）應用在新車型上不需要任何修改。在標準狀態中，引擎動力在前、後軸之間以62:38的比例分配，而視實際路況可以通過電子控制的多片式離合器實現100:0和0:100之間的任何動力比。Röhrl說：「如果我想從全輪驅動中獲得更強的運動性，那麼我必須確保我的四個輪子始終處於控制之下，」他於1993年作為測試車手加入保時捷，目前則擔任品牌大使。「中央差速器和後差速器鎖定的目的並不是只有讓其中一個輪軸轉得比較快而已，否則，你會失去無負重車輪上的所有動力。」
保時捷動態底盤控制系統（PDCC）開啟了Cayenne在駕駛動態方面的強大潛力。透過選配的車身側傾穩定系統，整合氣壓懸吊和PASM一起作動。兩個主動式防傾桿與液壓馬達相互作用，形成一個反作用力，使車身在過彎時不會側傾。「說到駕駛動態，車身擺動向來是最大的問題，」在Cayenne 20周年的同時慶祝其75歲生日的Röhrl說。「這樣一來，重量就只在彎道外側的車輪上了，而內側車輪可以傳遞的動力就會比較少，我需要防止這種情況。防止車身擺動的穩定機制是最重要的創新概念之一，有這樣的系統，你可以確保即便是高大的車輛也能有非常好的操控性。」
除此之外，新Cayenne車型的行駛高度也明顯較低。與Cayenne S相比，裝載鋼製圈簧懸吊的車高降低了24 mm，而選配氣壓懸吊的車型則降低20 mm。採用氣壓懸吊的情況下，車身在125 km/h時會進一步降低9 mm，在210 km/h時又多降低5 mm。
GTS車型著重在運動化道路性能，由外觀設計上即可見：大型進氣口和醒目的車尾設計，兩項特徵皆源自Cayenne Turbo；兩側輪拱向外擴張約 14 mm，以容納21吋的輪圈和295/35輪胎；車尾還可以加裝一個選配的加長雙翼的車頂擾流板。黑色車窗、車門把手以及B柱和C柱上方的裝飾條無一不凸顯新車型的運動風格，鍍鉻的雙排氣尾管亦是如此。引擎聲浪可通過中控臺上的Sport 模式按鈕來加強，除此之外，按下這個按鈕還可以改變油門踏板的設定，使V8引擎產生更直接靈敏的反應。該車型沒有採用最初設計的桶型座椅，而是採用了電動調節的12向運動座椅，並將座位側邊的枕墊加高。
如今，GTS代表掛上該副車名的保時捷車款就有著更卓越的運動性能，同時也有著出色的長途行駛能力。這個概念已多次體現在Cayenne GTS上，並讓它成為銷售熱點。受到第一款Cayenne GTS成功的啟發，其他保時捷車系也逐漸擴大陣容，逐步增添以相同設計原則為基礎的GTS車型：略增的引擎功率、明顯更靈活的操控性、強調運動性的優雅外觀設計。
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